[發(fā)明專利]三維中空花狀二氧化鈦納米材料的制備方法及產(chǎn)品和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011575101.3
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112479254A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 崔大祥;吳曉燕;林琳
• 申請（專利權(quán)）人: 上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: C01G23/053
• 分類號: C01G23/053;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 上海東亞專利商標(biāo)代理有限公司 31208
• 代理人: 董梅

本發(fā)明提供一種三維中空花狀二氧化鈦納米材料的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用，通過兩種金屬離子遷移形成三維中空花狀二氧化鈦納米材料。該結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積和較好的導(dǎo)電性，進(jìn)而可以提高材料的電化學(xué)性能，1C倍率下的循環(huán)下，其首次放電比容量為182 mAh/g，經(jīng)過50次循環(huán)后153 mAh/g。解決了在鋰離子電池循環(huán)過程中比容量衰減相對較快電化學(xué)性能相對較差的問題。并且制備方法簡單，工藝條件容易實(shí)現(xiàn)，能量消耗低，且制備無污染。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰電池材料的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種三維中空花狀二氧化鈦納米材料的制備方法及產(chǎn)品和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著更小、更輕和更高性能的電子和通訊設(shè)備的迅速發(fā)展，人們對為這些設(shè)備提供電源的電池性能尤其對比能量提出了越來越高的要求。但是，目前已商品化的鋰離子電池和 MH/Ni電池的比容量已經(jīng)很難繼續(xù)提高。因此，迫切需要開發(fā)比能量更高的電池。鋰離子二次電池作為高比能量化學(xué)電源已經(jīng)廣泛應(yīng)用于移動通訊、筆記本電腦、攝像機(jī)、照相機(jī)、便攜式儀器儀表等領(lǐng)域，迅速發(fā)展成為目前最重要的二次電池之一。鋰離子電池作為最新一代的綠色高能蓄電池，于20世紀(jì)90年代初迅速發(fā)展起來，鋰離子電池因其電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長、環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)倍受青睞。

TiO₂作為鋰離子電池負(fù)極材料已經(jīng)得到了廣泛的研究。TiO₂具有較高的理論比容量，價格低廉，無毒環(huán)保等特點(diǎn)備受關(guān)注。TiO₂的嵌鋰電位約為 1.75V(vs.Li+/Li)，可與4V以上的正極材料搭配應(yīng)用。而正因為其電壓平臺較高，可以避免金屬鋰的析出而提高安全性能。TiO₂在脫嵌鋰的過程中結(jié)構(gòu)變化小，可避免脫嵌鋰過程的材料體積變化引起的結(jié)構(gòu)破壞，提高材料的循環(huán)性能。但是，由于 TiO₂本身的導(dǎo)電性能較差，僅為(10-13s cm^-1)，因此在較高的電流密度下充放電容量較低，倍率性能較差。納米化的TiO₂因具有較大的比表面積和較小的脫嵌鋰深度，可以縮短鋰離子擴(kuò)散距離，使得其具有在大電流下仍具有良好的脫嵌鋰性能。獲得顆粒尺寸較小而比表面積較大的納米 TiO₂材料，對制備能夠快速充放電的TiO₂負(fù)極材料具有重要的意義。

本發(fā)明的目的在于提供一種三維中空花狀二氧化鈦納米材料的制備方法，本發(fā)明通過兩種金屬離子遷移形成三維中空花狀二氧化鈦納米材料。該結(jié)構(gòu)具有較大的比表面積和較好的導(dǎo)電性，進(jìn)而可以提高材料的電化學(xué)性能。解決了在鋰離子電池循環(huán)過程中比容量衰減相對較快電化學(xué)性能相對較差的問題。并且制備方法簡單，工藝條件容易實(shí)現(xiàn)，能量消耗低，且制備無污染。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明目的在于提供一種三維中空花狀二氧化鈦納米材料的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于：提供上述方法制備的三維中空花狀二氧化鈦納米材料產(chǎn)品。

本發(fā)明的又一目的在于：提供上述產(chǎn)品的應(yīng)用。

本發(fā)明目的通過下述方案實(shí)現(xiàn)：一種三維中空花狀二氧化鈦納米材料的制備方法，通過兩種金屬離子遷移形成三維中空花狀二氧化鈦納米材料，包括如下步驟，

第一步：將0.06～0.08 mmol 氧化亞銅、5.4 mL去離子水和6 mL有機(jī)醇加入到燒瓶中，超聲混合10～30 min，標(biāo)記為溶液A；

第二步：將340～450 mg PVP加入上述溶液A中，并且繼續(xù)攪拌至全部溶解，標(biāo)記為溶液B；

第三步：將0.05～0.65 mmol有機(jī)鈦鹽加入上述溶液B中，繼續(xù)攪拌10～30 min，標(biāo)記為溶液C；

第四步：向所述溶液C中以1滴/（2～4s）的速率加入4～5.5 mL 1M 的硫代硫酸鈉溶液，繼續(xù)攪拌10～30 min，反應(yīng)后的產(chǎn)物離心、經(jīng)過丙酮和有機(jī)醇洗滌3次，真空烘箱60～80℃過夜烘干，得最終產(chǎn)物三維中空花狀二氧化鈦納米材料。